Устройство для бурения

Устройство для бурения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

. 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ, :содержащее бурильную трубу, эрлифт В виде кбнцентрично расположенных внутренней и наружной труб, соеди ненный с бу-рильной трубой и эрлифтом золотниковый механизм в корпусе со сливными отверстиями, а также погружной поршневой насос с прикрепленным к штоку буровым снарядом, отлич ающееЬя тем, что, с целью повышения нгшежности, золотниковый механизм выполнен в виде жестко соединенных верхнего и нижнего поршней с обратным клапаном на верхнем поршне, установленных подвижно соответственно на внутренней и наружной трубах эрлифта и подпру- , жиненных относительно корпуса, при этсм сливные отверстия в корпусе и входное отверстие внутренней трубы эрлифта перекрыты соответственно ниж .ним и верхним поршнями при крайнем , верхнем положении последних. $ 2. Устройство по п. 1, о т л и (П чающееся тем, что внутренняя труба эрлифта выполнена о дополнительным входным отверстием и с обратным клапано в нем. а о со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Е 21 В 21/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3484463/22-03 (22) 13.08.82 (46) 15.12.83. Бюл. У 46 (72) Г. П. Шагин, A. H. Бажутин, В. Н. Калашников и В . А. Бобров (71) Свердловский ордена Трудового

Красного Знамени горный институт им. В. В. ВахрУшева (53) 622.243.13.051(088.8) (56) 1 Волков A..Ñ. И Волокитенков А, А. Бурение скважин с обратной циркуляцией промывочной жидкос. ти. М., "Недра", 1973, с. 103-122.

2. Авторское свидетельство СССР

9 381730, кл. Е 21 В 21/00, 1969 (прототип) . (54)(57) 1 УСТРОЙСТВО ЦЛЯ БУРЕНИЯ содержащее бурильную трубу, эрлифт

Is виде кбнцентрично расположенных внутренней и наружной труб, соеди,ненный с бурильной трубой и эрлифтом золотниковый механизм в корпуÄÄSUÄÄ30 07 ., А

l се со сливными отверстиями, а также погружной поршневой насос с прикреп ленным к штоку буровым. снарядом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, золотниковый механизм выполнен в виде жестко соединенных верхнего и нижнего. поршней с обратным клапаном на верхнем поршне, установленных подвижно соответственно на внутренней и наружной трубах эрлифта и подпружиненных относительно корпуса, при этом сливные отверстия в корпусе и входное отверстие внутренней трубы эрлифта перекрыты соответственно ниж.ним и верхним поршнями при крайнем верхнем положении последних. е

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что внутренняя труба эрлифта выполнена с дополнительным входным отверстием и с об- С ратным клапаном в нем.

1060790

Изобретение относится к горному делу, а именно к средствам для промывки скважин при бурении, и может найти применение при бурении скважин различного назначения в сложных геолого-технических условиях: полное поглощение промывочной жидкости, некондиционный выход керна или неустойчивые стенки скважин., Известны устройства для бурения, содержащие бурильные трубы, буровой снаряд и зрлифт с концентричными внутренней и наружной трубами $1j .

При бурении таким снарядом по внутренней трубе подается сжатый воздух, который выходит в кольцевой за- 15 зор, и вследствие разницы плотности жидкости в кольцевом зазоре и в скважине возникает местная обратная циркуляция промывочной жидкости.

Однако известные снаряды не полу- 2П чили широкого применения, потому что ;наличие в промывочной жидкости большого количества шлама является часто причиной нарушения циркуляции и преждевременного прекращения рейса. Бо- 75 лее совершенными являются снаряды, где наряду с эрлифтом для прокачки жидкости можно испольэовать механическую энергию движения бурового снаряда.

Известно также устройство для бурения, co åðæàöåå бурильную трубу, эрлифт в виде концентрично расположенных внутренней и наружной труб,, соединенный с бурильной трубой и эрлифтом золотниковый механизм в корпу-З5 се со сливными отверстиями, а также поршневой насос с прикрепленным к штоку буровым снарядом (2) .

В случае нарушения циркуляции при бурении (встреча мягких пропластков. 40 горных пород или зашламование промывочных каналов в породоразрушающем наконечнике), которое контролируется с поверхности по показанию давления воздуха в магистрали, в работу допол-45 нительно включается погружной насос с целью ее восстановления. Погружной насос способствует восстановлению циркуляции, так как он способен развить больший перепад давления у по- 5р родоразрушающего наконечника,.чем эрлифт. Откачка зашламованной жидкости на поверхность для ее очистки производится периодически, по мере накопления шлама в скважине только погружным насосом, Перевод устройства с одного режима на другой производится вращением колонны бурильных труб вправо или влево.

Недостатком известного устройства является наличие в переключающем механизме винтовых пар, что делает работу. устройства ненадежной. При зашламовывании их нельзя произвести переключение устройства с одного режима на другой, а при откачке жидкос- 65 ти на поверхность погружным насосом может произойти самопроизвольное переключение на режим местной обратной промывки вследствие скручивающего действия навивки каната бурового стана.

Цель изобретения — повышение надежности.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве для бурения, содержащем бурильную трубу, эрлифт в виде концентрично расположенных внутренней и наружной труб, соединенный с бурильной трубой и эрлифтом золотниковый механизм в корпусе со сливными отверстиями, а также погружной поршневой насос с прикрепленным к штоку буровым снарядом, золотниковый механизм выполнен в виде жестко соединенных верхнего и нижнего поршней с обратным клапаном на верхнем поршне, установленных подвижно соответственно на внутренней и наружной трубах эрлифта и подпружиненных относительно корпуса, при этом сливные отверстия в корпусе ,и входное отверстие внутренней трубы эрлифта перекрыты соответственно нижним и верхним поршнями при крайнем верхнем положении последних.

Кроме того, внутренняя труба эрлифта выполнена с дополнительным входным отверстием и с обратным клапаном в нем.

На фиг, 1 показано предлагаемое устройство для бурения, общий вид; на фиг. 2 — положение деталей устройства при бурении скважины с местной обратной промывкой эрлифтом на фиг. 3 — то же, при бурении с обратной промывкой погружным поршневым насосом и одновременной откачкой жидкости из скважины.

Устройство для бурения состоит из воздухопроводной бурильной трубы 1, корпуса 2 золотникового механизма, двух кольцевых поршней верхнего 3 и нижнего 4, которые жестко соединены между собой втулкой 5 с отверстием 6, концентрично расположенных внутренней и наружной труб эрлифта 7 и 8, обратного кольцевого клапана 9, расположенного в верхнем поршне 3, пружины 10. В корпусе 2 и на внутренней трубе 7 выполнены соответственно сливное отверстие 11 и входное отверстие 12, которые перекрыты кольцевыми поршнями 3 и 4 и открываются при смещении поршней вниз. В верхней части внутренней. трубы 7 эрлифта выполнено дополнительное входное отверстие с обратным клапаном 13.. Наружная труба 8 эрлифта через переходник 14 соединена с цилиндром 15 погружного поршневого насоса. На боковой поверхности цилиндра 15 выполнено выходное отверстие 16. Погружной насос, кро1060790

10 ме цилиндра 15, включает обратные клапаны 17 и 18, поршень 19 и обойму 20. Через отверстие обоймы 20 проходит полый шток 21. Обойма 20 и шток 21 имеют шлицевое соединение для передачи крутящего момента. Шток

21 соединены с буровым снарядом 22.

Шланг 23 и сальник-вертлюг 24 служат для подачи сжатого воздуха в устройство или для выдачи промывочной жидкости на поверхность.

Работа устройства при бурении с местной обратной промывкой (фиг..2) возможна по двум вариантам: бурение с местйой обратной промывкой, создаваемой только эрлифтом, и по второ- 15 му варианту, когда местная обратная промывка создается совместно эрлифтом и погружным поршневым насосом.

При бурении по первому варианту сжатый воздух подается от компрессора по шлангу 23, сальнику-вертлюгу 24, воздухопроводной трубе 1 и поступает в корпус 7, где сжатый воздух перемещает вниз кольцевые поршни 3 и 4., сжимая пружину 10, и открывает отверстия 11 и 12. Через отверстие 12 воздух поступает во внутреннюю торбу 7 эрлифта и выходйт в зону аэрации ниже торца этой трубы. Здесь воздух смешивается с водой, нахоцящейся в наружной трубе 8 эрлифта, в результате чего в кольцевом зазоре между внутренней и наружными трубами 7 и 8 создается водовоздушная смесь. За счет разни- цы удельных весов жидкости в сква- 35 жине и кольцевом сечении эрлифта под действием напора столба жидкости Ь(, в устройстве создается мест ная обратная циркуляция жидкости.

Жидкость, омавая забой скважины, под- 40 нимается через буровой снаряд 22, полый шток. 21, отверстия клапанов

18.и 17 и, следуя дальше по кольцевому зазору между внутренней и наружной трубами 7 и 8 через отвер- 45 стия б и 11, снова изливается в скважину ° Контроль за циркуляцией промывочной жидкости осуществляется по показанию давления в воздушной магистрали. Если прбисходит нарушение циркуляции промывочной жидкости (изза закупорки промывочных каналов у породораэрушающего наконечника), жидкость внутрь бурового снаряда 22 не поступает. В результате этого вся жидкость, находащаяся в кольцевом зазоре между внутренними и наружными трубами 7 и 8, выносится через отверстия 6 и 11 в скважину, что ведет к резкому снижению давления воздуха в магистрали, так как 60 воздух свободно проходит по внутренней трубе 7, кольцевому зазору между трубами 7 и 8 (где жидкости нет) и через отверстия 6 и 11 в скважину.

Дальнейшее бурение с обратной промыв- 65 кой, создаваемой только эрлифтом, продолжать нельзя, так как возможен прижог на забое породоразрушающего наконечника. Для продолжения процес» са бурения необходимо предварительно восстановить циркуляцию промывоч ной жидкости, которое производится погружным поршневым насосом, т.е. при работе устройства по второму варианту местная обратная промывка создается одновременно эрлифтом и погружным поршневым насосом.

Устройство для бурения по второму варианту работает следующим образом (фиг. 2) .

Компрессор не выключается, воздухопроводная труба 1 расхаживается (ей придается возвратно-поступательное движение) через сальник-вертлюг 24 лебедкой (или гидросистемой) бурового станка. При этом поршень

19, шток 21 и буровой снаряд 22 ос> таются неподвижными, удерживаемые собственным весом. В цилиндре 15 при его движении вверх создается разрежение,.и жидкость под действием напора столба жидкости (h1 + h ) из скважины через буровой снаряд 22, полый шток 21 из-под клапана 18 заполняет полость над поршнем .19. Когда цилиндр 15 двигается вниз, жидкость из камеры над поршнем 19 через клапан 17 поступает в кольцевой зазор между внутренними и наружными трубами эрлифта 7 и 8 и через отверстия 6 и 11 изливается в скважину.

Происходит восстановление циркуляции промывочной жидкости потому, что величина давления с забоя внутрь бурового снаряда 22, развиваемая погружным поршневым насосом, может быть в несколько раз выше, чем у эрлифта. Это объясняется тем, что эрлифт создает давление внутрь бурового снаряда под действием напора столба жидкости h а погружной поршневой насос — (h< + h>). Кроме того, у эрлифта величина йапора h(, согласно известной теории работы эрлифта, не может превышать давления компрессора и поэтому имеет ограниченные значения (0,5-0,7 MIIa) а у погружного насоса — (hq + h2) зависит только от глубины скважины.

Так, чем больше глубина скважины, тем больше (h + h ) и, соответственно, увеличивается давление с забоя внутрь бурового снаряда 22 от 0,5 до 8 МПа. Восстановление циркуляции контролируется на поверхности по повышению давления воздуха в магистрали. После восстановления циркуляции бурЕние продолжается по первому варианту, т.е. бурение с местной обратной промывкой, создаваемой только эрлифтом. ,Отличительные признаки предлагаемого устройства для бурения позво1060790 ляют осуществить бурение с обратной промывкой, создаваемой погружным насосом, с одновременной откачкой жидкости на поверхность (фиг. 3).

Промывочную жидкость необходимо периодически откачивать на поверхность с целью ее очистки от шлама, который накапливается в скважине по мере ее углубки. Для этого прекращается подача сжатого воздуха. Под действием силы сжатой пружины 10 поршни 3 и 4 перемещаются вверх и.перекрывают отверстия 11 и 12., Осуществляется расхаживание воэдухопроводной трубы

1, и погружным поршневым насосом соэдаежся обратная циркуляция промывочной жидкости, которая от погружного насоса поднимается по внутренней трубе 7 эрлифта и клапану 13, а также по кольцевому зазору между внутренней и наружными трубами зрлифта 7 и 8 и клапану 9 поршня 3. Выше переключающего механизма жидкость через воздухопроводную трубу 1, сальник-вертлюг 24 и шланг 23 поступает в приемную емкость для очистки.

После очистки жидкости на поверхности она самотеком поступает в скважинуе

Наличие клапана 13 во внутреннай

5 трубе 7 дает возможность снизить гидравлические сопротивления на пути движения жидкости, так как она движется не только по кольцевому зазору между трубами 7 и 8, но и по трубе 7, что позволяет интенсифициро 0 . вать обратную промывку при бурении

; с погружным поршневым насосом. Такое совмещение в предлагаемой конструкции двух процессов дает воэможность производить очистку промывоч15 ной жидкости от шлама на поверхности без прекращения процесса углубки скважины, т,е. сократить непроизводительные затраты времени.

7п Переключение устройства с одного режима работы на другой включением или выключением компрессора сокращает затраты времени и устраняет тяжелый ручной труд при проведении пе25 реключений

ВНИИПИ Заказ 9994/34

Тираж 603 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород,ул.Проектная,4